CMOS模拟集成电路第10章—稳定性和频率补偿

1、CMOS模拟集成电路设计稳定性和频率补偿2022-5-8提纲2提纲 1、概述 2、多极点系统 3、相位裕度 4、频率补偿 5、两级运放的补偿2022-5-8概述31、概述 反馈系统存在潜在不稳定性 振荡条件（巴克豪森判据）1)(1jsH2022-5-8概述4 增益交点 相位交点2022-5-8概述5 波特（Bode）图2022-5-8概述6 极点位置与稳定性的关系 具有位于右半平面的极点的反馈放大器是不稳定的；2022-5-8概述7 单极点系统2022-5-8多极点系统82、多极点系统 两极点系统2022-5-8多极点系统9 三极点系统2022-5-8相位裕度103、相位裕度 稳定的边缘情况

2、例如，在GX处，相位=-175)(1)()(111jHjHjXY5 .11)(1jXY2022-5-8相位裕度11 相位裕度对反馈系统稳定性的影响3 . 1)(1jXY1)(1jXY7 . 0)(1jXY2022-5-8频率补偿124、频率补偿 增大PM的方法PX往外推GX往里推2022-5-8频率补偿13 单级运放的频率补偿2022-5-8频率补偿14 单级运放的频率补偿（续）2022-5-8频率补偿15 单级运放的频率补偿（续）2022-5-8频率补偿16 单级运放的频率补偿（续）2022-5-8频率补偿17 单级运放的频率补偿（续）2022-5-8两级运放的补偿185、两级运放的补偿 极

3、点分析2022-5-8两级运放的补偿19 密勒补偿CmIpvCgAGB| )0(1 CLmIIoutpCRgR)(1112mIIpLgC可以计算得到（补偿前(Cc=0)： ）E111CRoutpLL21CRpCmIpvCgAGB| )0(12022-5-8两级运放的补偿20 密勒补偿（续）60180ccc21zppGBtgarGBtgarGBtgarCmIIzCgLCC22. 0C ，并由令601801 . 0cc902tgarGBtgarp2.210mIImIILCggCC2022-5-8两级运放的补偿21 密勒补偿（续）CmCLzCgCCR9CmCzmCgCRg919)(1CLSmIIpC

4、RRg11LmIIpCg2cmzCg2AV=1,Rout=1/gm2 CCAv=-gmIIR22022-5-8两级运放的补偿22 带补偿的两级运放的转换CssrCIS CssrCIS CDrCIS3CDrCIS52022-5-823小结 反馈系统存在潜在不稳定性1)(1jsH 单极点系统是稳定的 双极点系统是稳定的，但相位裕度不大 三极点（以上）系统是不稳定的，需要相位补偿 相位裕度PM60deg，可以兼顾稳定性和瞬态反应速度 补偿方法： 减少极点数 减小带宽 密勒补偿 ：需要考虑RHZLmIIpCg2CmIpvCgAGB| )0(1CmIIzCg2022-5-8二级运放设计实例24二级运放设

5、计实例（optional） 约束条件 电源电压 工艺 温度2022-5-8二级运放设计实例25)(2|4251111 ,IgRgAmoutmstvcmCgGB/1THNGSDDinCMVVVV3max,11515min,THNODODSSGSODSSinCMVVVVVVVVcCISR/5totalSSDDdissIVVP)()(|7666262,IgRgAmoutmndvLmpCg/62cmzCg/61 LWCLWKIVOXDOD,22022-5-8二级运放设计实例26 设计步骤 0. 确定正确的电路偏置，保证所有晶体管处于饱和区。2022-5-8二级运放设计实例27设计步骤（续） 1.根据需

6、要的PM60deg求Cc（假定z10GB） 2.由已知的Cc并根据转换速率的要求（或功耗要求）选择ISS（I5）的范围； 3.由计算得到的电流偏置值(I5 /2),设计W3/L3（ W4/L4 ）满足上ICMR（或输出摆幅）要求，即饱和区条件； 4. 验证M3处镜像极点是否大于10GB 5.设计W1/L1（ W2/L2 ）满足GB的要求 6. 设计W5/L5满足下ICMR（或输出摆幅）要求；LCC22. 0C GBCgCCggsmgsgsm102334333330.67gsoxCW L C1/mcGBgC253(4)1/ 2()2poxDDTHnTHpWIICVICMRVVL15112(/)ODGSTHnoxIVICMRVICMRVCWL2022-5-8二级运放设计实例28 设计步骤（续） 7. 根据p22.2GB 计算得到gm6；并且根据偏置条件VSG4=VSG6计算得到M6的尺寸 8.根据尺寸和gm6计算I6，并验证Vout,max是否满足